JP6468820B2 - シンチレータ結晶体及びそれを用いた放射線検出器 - Google Patents

Description

本発明は、シンチレータ結晶体及びそのシンチレータ結晶体を用いた放射線検出器に関する。

医療現場などで用いられているＸ線撮像装置では、被写体を通過したＸ線をシンチレータで受け、そのシンチレータが発した光を光検出器で検出している。

特許文献１には、Ｇｄの元素を含有するペロブスカイト型酸化物材料を有する複数の柱状晶（シリンダー相）と、その柱状晶の周りに位置する結晶相（マトリックス相）から構成される相分離構造を有するシンチレータ結晶体が記載されている。複数の柱状晶のそれぞれは、発光中心として希土類元素を有し、放射線励起により発光する。このように、相分離構造を有するシンチレータ結晶体のことを、本明細書では相分離シンチレータ結晶体と呼ぶことがある。

このシンチレータ結晶体において、シリンダー相を構成する材料とマトリックス相を構成する材料とは、屈折率が異なる。これにより、このシンチレータ結晶体は光導波の機能を有する。光導波の機能を有するシンチレータは、光導波の機能を有さないシンチレータと比較してクロストークを低減することができる。

特開２０１３−４７３３４号公報

特許文献１には、希土類元素の含有量を調整することで、発光強度（Ｌｉｇｈｔ Ｙｉｅｌｄ）を大きくすることができることが記載されている。しかしながら、特許文献１に記載の希土類元素の範囲では、発光強度が十分でないことがある。

そこで本発明は、シリンダー相がＧｄの元素を含有するペロブスカイト型酸化物材料を有する相分離シンチレータ結晶体において、特許文献１に記載のシンチレータ結晶体よりも発光強度が大きい相分離シンチレータを提供することを目的とする。

本発明の一側面としてのシンチレータ結晶体は、複数の第一の結晶相と、前記第一の結晶相のそれぞれの側面を覆う第二の結晶相とを有するシンチレータ結晶体であって、前記複数の第一の結晶相のそれぞれは、ＧｄとＴｂを共に含有するペロブスカイト型酸化物材料を有し、放射線励起で発光する柱状晶であり、前記第二の結晶相はアルミナを有し、前記シンチレータ結晶体の総物質量に含まれるＧｄ、Ａｌ及びＴｂの元素比率をそれぞれａ、ｂ、ｃとすると、三元組成図において前記元素比率は（ａ、ｂ、ｃ）＝（０．１７４、０．７９５、０．０３１）、（０．２０７、０．７５６、０．０３７）、（０．２１３、０．７７８、０．００９）、（０．１９７、０．７９５、０．００８）を頂点として囲まれる範囲にあることを特徴とする。

本発明のその他の側面については、発明を実施するための形態で説明をする。

本発明によれば、シリンダー相がＧｄの元素を含有するペロブスカイト型酸化物材料を有する相分離シンチレータ結晶体において、特許文献１に記載の該相分離シンチレータよりも発光強度が大きい相分離シンチレータを提供することができる。

実施形態１及び２のシンチレータ結晶体の模式図。 実施形態１のＧｄ、Ａｌ及びＴｂ、または実施形態２のＧｄ、Ａｌ及びＥｕの元素比率を三元組成図で示した図。 実施例１及び３のシンチレータ結晶体の走査型電子顕微鏡による観察画像である。 実施例１及び３のシンチレータ結晶体の断面の光学顕微鏡透過像による観察画像である。 実施例１及び３のシンチレータ結晶体のＸ線励起発光スペクトルである。 実施例１及び３のシンチレータ結晶体のＴｂ、Ｅｕの比率と発光量の関係を示す図である。 実施例１及び３のシンチレータ結晶体のＴｂ、Ｅｕの比率と残光の関係を示す図である。 実施例２のシンチレータ結晶体の残光を示す図である。 実施例４の放射線検出器の断面模式図である。 実施例１のシンチレータ結晶体を用いたラインテストパターンの撮像結果である。

以下、図面等を用いて本発明を実施するための形態を説明する。尚、本発明を実施するための形態としては、様々な形態（様々な構成や、様々な材料）がある。しかし、複数の柱状晶（以下、第一の結晶相と呼ぶ）と、複数の第一の結晶相のそれぞれの側面を覆う結晶相（以下、第二の結晶相と呼ぶ）とを備え、第一の結晶相のそれぞれがペロブスカイト型酸化物材料を有し、第二の結晶相がアルミナを有する点は共通する。また、第一の結晶相のそれぞれを構成する材料は、第二の結晶相を構成する材料よりも屈折率が高く、高屈折率相である第一の結晶相内で発生した光のうち、低屈折率である第二の結晶相との界面で全反射する条件を満たす角度で入射した光は全反射される。その結果、全反射された光は第一の結晶相内を導波しながら進む。第一の結晶相は柱状晶であるため、光の導波は、柱状晶の延伸方向に向けて行われる。換言すると、シンチレータ結晶体内で生じた光の少なくとも一部は、第一の結晶相内に閉じ込められながら、広がることなく、第一の結晶相の延伸方向に向けて進行するといえる。一度度全反射された光は、構造欠陥や柱の大きな曲がりがない限り、第一の結晶相からは漏れずに導波される。

以下、各実施形態について説明をする。各実施形態では、このような相分離シンチレータ結晶体において、発光強度が大きく、且つ、残光も少ないシンチレータ結晶体の組成について説明する。

（実施形態１）
本実施形態では、第一の結晶相が、ＧｄとＴｂを共に含有するペロブスカイト型酸化物材料を有するシンチレータ結晶体について説明をする。

［シンチレータ結晶体の構成］
図１に本実施形態のシンチレータ結晶体１９の模式図を示す。

本実施形態のシンチレータ結晶体１９は、複数の第一の結晶相１１と、第一の結晶相１１の側面を覆う第二の結晶相１２とを有する相分離構造を有する。第一の結晶相１１を構成する柱状晶の形状は、円柱形に限らず、種々の形状から構成され、例えば多角形を構成してもよい。また、第一の結晶相の直径１３は、３００ｎｍ以上３０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。すなわち、発生した光は、第一の結晶相１１と第二の結晶相１２との界面で反射しながら光検出器に到達するが、この時、光の波長よりも構造周期が小さい場合は光が反射せずに透過してしまう成分が多くなってしまう。そのため、第一の結晶相１１の直径は発生する光の波長よりも大きいことが望ましい。本実施形態のシンチレータは、３００ｎｍからの紫外域に発光を有し、この光を光検出器で検出することもあるため、第一の結晶相１１の直径は３００ｎｍ以上であることが望ましい。また、第一の結晶相の直径１３が光検出器の１画素よりも大きくなってしまうと、１画素内に光を閉じ込める効果が低下してしまうため、第一の結晶相の直径１３の上限値は１画素のサイズよりも小さいことが望ましい。ここで、１画素のサイズは任意の大きさのものを用いることが可能である。本実施形態では、画素サイズが大きい場合には３０μｍ角の画素サイズを有する光検出器を用いる場合があるため、第一の結晶相の直径１３が３０μｍ以下であることが望ましい。一方、第一の結晶相の最近接距離１４は、第一の結晶相の直径１３に対応して決定される。第一の結晶相の最近接距離１４が大きい程、第一の結晶相の占有体積が小さくなってしまう。一方、最近接距離１４が小さ過ぎると、隣接する第一の結晶相がくっついてしまい、柱状構造を維持できずラメラ状構造となってしまう。よって第一の結晶相の占有体積が３０％以上６０％以下とすることが好ましい。この場合、第一の結晶相の直径１４の最近接距離１４に対する比率は、およそ６０％以上８０％以下となる。例えば、第一の結晶相の直径１３が上限値の３０μｍである場合は、第一の結晶相の最近接距離１４がおよそ３８μｍ〜５０μｍであることが望ましい。また第一の結晶相の直径１３が下限値の３００ｎｍである場合は、第一の結晶相の最近接距離１４がおよそ３８０μｍ〜５００ｎｍであることが望ましい。以上より、第一の結晶相１１の直径は、３００ｎｍ以上３０μｍ以下の範囲内であることが好ましく、空隙の最近接距離１４の平均距離は３８０ｎｍ以上５０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。

ただし、本実施形態のシンチレータ結晶体１９と検出器とを組み合わせた場合、こうした光検出器の受光部領域上に複数の第一の結晶相が対向して配置されるような画素サイズの光検出器をシンチレータ結晶体とを組み合わせることが好ましい。ここで、第一の結晶相の最近接距離１４とは、隣り合う第一の結晶相の中心線を最短距離で結ぶ直線の距離をいう。例えば、受光部領域が正方で一辺が２０μｍであった場合、第一の結晶相の直径５μｍ、第一の結晶相の最近接距離の平均値８μｍの構造サイズを有するシンチレータ結晶体を組み合わせると、１つの画素毎に第一の結晶相が１０程度配置される。このように、受光部領域の大きさに応じて、受光部領域の大きさよりも小さい構造サイズを有するシンチレータ結晶体１９を組み合わせることが好ましい。また、シンチレータ結晶体１９の構造サイズは、シンチレータ結晶体１９を構成する材料の選択や製造条件で決定されるものであり、それについては後述する。尚、光検出器として光検出器アレイを用いても良い。本発明及び本明細書では、光検出器アレイは光検出器の一種とみなす。

さらに、シンチレータ結晶体の厚さ１５に関しては、製法にも依存するが、任意の厚さに調整することが可能である。実質的には、第一の結晶相は、第一の結晶相の第１の面１７と第１の面と異なる第２の面１８とを結ぶ方向（柱状晶の延伸方向１６）に沿って連続していることが好ましい。しかしながら、第一の結晶相が、途中で途切れたり、枝分かれしたり、複数の結晶相が一体化したり、結晶相の直径が変化したり、しても良い。また、図中では、第１の面１７と第２の面１８とは対向しているが、対向していなくても良い。その場合、シンチレータ結晶体１９で発生した光は、第１の面１７もしくは、第２の面１８へ導波される。但し、第１の面１７と第２の面１８とは、複数の第一の結晶相が露出し、且つ、第１の結晶相の２つの配列方向と交わる面とする。第１の面１７と第２の面１８とが対向する場合、第一の結晶相は直線的に連続していることが好ましいが、非直線部分が含まれていても良い。以下で述べる凝固界面の方向を適宜制御することで、第一の結晶相の延伸方向を決めることができる。

図１に示すような、複数の第一の結晶相１１と第二の結晶相１２とが分離した相分離構造を有するシンチレータ結晶体１９は、複数の第一の結晶相と第二の結晶相との共晶体である。共晶により形成される相分離構造のことを、本明細書では共晶相分離構造と呼ぶ。共晶相分離構造を有するシンチレータ結晶体を取得するためには、第一の結晶相の材料と第二の結晶相の材料とを共晶組成近傍で混合し、一方向凝固を行うことで製造することができる。ペロブスカイト型酸化物材料とアルミナの共晶組成比は、４６：５４（ｍｏｌ％）であるため、第一の結晶相と第二の結晶相との組成比は、上記共晶組成比から±５ｍｏｌ％の範囲（つまり、４１：５９〜５１：４９（ｍｏｌ％）。但し、本明細書及び本発明において〜は、その左右の値を含むものとする。つまりこの場合、４１：５９と５１：４９（ｍｏｌ％）を含む。）にあることが好ましい。

上述のように、本実施形態において、複数の第一の結晶相のそれぞれは、ＧｄとＴｂを共に含有するペロブスカイト型酸化物材料である。また、該第二の結晶相はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）である。ここで、シンチレータ結晶体の総物質量（第一と第二の結晶相の物質量の総量）に含まれるＧｄ、Ａｌ及びＴｂの元素比率をそれぞれａ、ｂ、ｃとすると、元素比率が（ａ、ｂ、ｃ）＝（０．１７４、０．７９５、０．０３１）、（０．２０７、０．７５６、０．０３７）、（０．２１３、０．７７５、０．０１２）、（０．１９４、０．７９５、０．０１１）を頂点とする三元組成図で囲まれる範囲にあると、発光量であるＬｉｇｈｔＹｉｅｌｄ（ＬＹ）値が大きくなることが分かった。この組成範囲は、図２（ａ）に示される三元組成図で、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４を頂点とする斜線領域の範囲で表わされる。更に、元素比率が（ａ、ｂ、ｃ）＝（０．１７４、０．７９５、０．０３１）、（０．２０７、０．７５６、０．０３７）、（０．２１２、０．７７０、０．０１８）、（０．１８９、０．７９５、０．０１６）を頂点とする三元組成図で囲まれる範囲にあると、ＬＹ値が大きく、且つ、残像の原因となる残光レベルが小さくなることが分かった。この組成範囲は、図２（ａ）に示される三元組成図で、Ａ１、Ａ２、Ａ５、Ａ７を頂点とする範囲で表わされる。

これら２つの範囲は、Ｇｄを含むペロブスカイト型酸化物材料とアルミナとの共晶相分離構造を有するシンチレータ結晶体にＴｂを添加すると、Ｔｂが選択的にペロブスカイト型酸化物材料の相に取り込まれるという新たな知見に基づいて見出した範囲である。つまり、上記組成範囲において、第一の結晶相は、ペロブスカイト型酸化物材料であるＧｄＡｌＯ_３のＧｄサイトの一部がＴｂで置換されたペロブスカイト型酸化物材料を構成している。置換したＴｂ^３＋が発光中心として機能し、放射線の照射によってｆ−ｆ遷移による発光を示す。上記組成範囲におけるＬＹ値の最大値は約５４，０００であり、上記組成範囲（Ａ１〜Ａ４で囲まれる範囲）では、最大ＬＹ値のおよそ９０％のＬＹ値となる４８，０００以上が得られると考えられる。加えて、Ａ１、Ａ２、Ａ５、Ａ７で囲まれる組成範囲において、２００ミリ秒後の残光レベルが０．５％以下になると考えられる。即ち、ＬＹ値が約４８，０００以上、かつ残光レベルが０．５％以下となる好ましい組成範囲として、上記組成範囲が規定される。この組成範囲で上記ＬＹ値と残光レベルが得られると考えられる理由については実施例１で詳細に説明をする。

第一の結晶相のそれぞれには、上記材料以外の材料が添加されてもよい。例えばＣｅ^３＋が、第一の結晶相に対して０．００１ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％以下添加されていてもよい。Ｃｅ^３＋を添加しない場合は、結晶育成の雰囲気によって、結晶が褐色に着色し、Ｔｂ^３＋の発光が吸収されて発光量が１０％程度減衰してしまうことがある。一方で、Ｃｅ^３＋を０．００１ｍｏｌ％以上微量添加することで結晶の着色が低減され、再吸収無く発光が取り出されるようになる為、発光量の低減を防ぐことができる。加えて、上記範囲のＣｅ^３＋を微量添加することで、Ｔｂ^３＋のみで置換した場合に比べて、残光を０．３％程度に低減することが可能となる。しかしながら、Ｃｅ^３＋の添加量が多すぎるとペロブスカイト型酸化物材料の構造に影響を与える。ペロブスカイト型をとらない不純物の場合、１．０ｍｏｌ％以下であれば、結晶構造にほとんど影響を与えないため、Ｃｅ^３＋の添加量は１．０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。

さらには、第一の結晶相はペロブスカイト型酸化物材料を構成するのであれば、Ｇｄの一部が他の希土類元素（Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ）で置換されていてもよい。Ｇｄの一部が置換されている場合であっても、Ｇｄ、Ａｌ及びＴｂの元素比率が上記範囲内にあれば、ＬＹ値と残光レベルに与える影響は少ないと考えられる。同様に、第二の結晶相に、Ｇｄやその他の希土類元素が添加されていてもよい。

本実施形態のように、ＧｄＡｌＯ_３のＧｄサイトがＴｂ、で置換されたペロブスカイト型酸化物材料を第一の結晶相の材料に用いた場合、第一の結晶相のそれぞれは、放射線の照射によって励起され、発光を示す。第二の結晶相より高い屈折率を有する第一の結晶相のみが発光することが好ましいが、第一と第二の双方の結晶相が発光してもよい。

本実施形態の一方向性に沿って伸びる第一の結晶相を有する相分離構造のシンチレータ結晶体に関する重要な特性として、光を導波するということが挙げられる。本実施形態では第一の結晶相１１がペロブスカイト型酸化物材料であり、第二の結晶相１２を構成するアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）に対して相対的に高い屈折率を有する。上記の第一の結晶相１１と第二の結晶相１２とを構成する材料系について、それらの屈折率および屈折率比（第二の結晶相の屈折率／第一の結晶相の屈折率）は１よりも小さくなる。

スネルの法則によれば、屈折率の異なる材質間では、光が高屈折率媒質から低屈折率媒質へある角度で入射すると、全反射が生じ、それより低角で入射すると、反射と屈折が生じる。したがって、本実施形態の相分離構造を有するシンチレータ結晶体において、屈折率比が生じているということは、光が高屈折率媒質から低屈折率媒質へ入射するときに生じる全反射により、光が広がらない状況があるということを示している。つまり、高屈折率媒質内を伝播する光が屈折や反射を繰り返し、低屈折率媒質に比べて高屈折率媒質の方が光を閉じ込めて伝播することになる。したがって、屈折率比（＝低屈折率の結晶相の屈折率／高屈折率の結晶相の屈折率）が１より小さいことが望まれる。また、全反射条件のみを考慮すれば、屈折率比が小さいほど光は広がり難いことを表している。柱状晶をなす第一の結晶相が高屈折率であるために、第一の結晶相で発生した光は柱状晶の側面を埋めるマトリックスである第二の結晶相との界面で全反射を生じ、第一の結晶相の柱状内を伝播する。

このように、本実施形態の相分離構造を有するシンチレータ結晶体は、一方向性を有する複数の第一の結晶相の延伸方向に沿って光を導波させ、その延伸方向に垂直な方向に沿った散乱や反射のような光を導波させない特性を備えることが特徴である。よって、従来のように単結晶群から構成されるシンチレータに隔壁を設けることなく光のクロストークを軽減することができる。

［シンチレータ結晶体の製造］
本実施形態のシンチレータ結晶体を製造する方法は、所望の材料系を最適組成にて一方向性を持たせて熔融凝固する方法であればいずれの方法でも製造が可能である。特に、以下で述べるように、試料の固液界面がヒーターおよび／または試料の移動方向に垂直な面に沿って平らになるように試料の温度勾配を制御することが要求され、３０℃／ｍｍ程度またはそれ以上の温度勾配があることが好ましい。ただし、結晶相内の結晶への熱応力によるクラックのような欠陥の発生を解消するために、本実施形態の各実施形態のシンチレータ結晶体の相分離構造の形成に支障のない範囲で温度勾配を低下させてもよい。また、すでにシンチレータ結晶体となった部分を溶融しない程度に再加熱してクラックのような欠陥の発生抑制・消滅をすることを行うことも望ましい。また、本実施形態のシンチレータ結晶体の相分離構造の共晶組織が形成可能な組成範囲は、前述のように共晶組成±５ｍｏｌ％である。この組成範囲と温度勾配と以下に述べる凝固速度との間には材料系固有の相間関係が成り立ち、いわゆるＣｏｕｐｌｅｄ Ｅｕｔｅｃｔｉｃ Ｚｏｎｅと称される範疇で本実施形態のシンチレータ結晶体は製造されることが好ましい。

例えば、チョクラルスキー法のように融液からの結晶を育成する方法により製造可能である。さらに、フローティングゾーン法でも製造可能である。ブリッジマン法においては、凝固速度は試料の固液界面がヒーターおよび／または試料の移動方向に垂直な面に沿ってなるべく平面になるように設定されなければならないが、凝固時の試料と外部との熱のやり取りは試料側面からが主である。そのため、凝固速度は試料の直径に依存する。つまり、試料の直径が大きければ上記の熱のやり取りに時間がかかり、その場合に凝固速度を低速にしなければ、固液界面はかなり湾曲し、試料のほとんどの領域で第一の結晶相１１である柱状晶が一方向に沿って非直線的に形成されることになる。これは、柱状晶の成長方向が固液界面にほぼ垂直であるからである。さらに、試料サイズに対して凝固速度がより速い場合には、固液界面が平坦でないだけでなく平滑に保つことができない。その結果、ヒーターおよび／または試料の移動方向に沿って微視的な起伏が生じ、樹枝状結晶の発生を伴う状況に至るので、こうした問題も避けることが重要である。従って、十分に固液界面の温度勾配を設定すると同時に、凝固速度を８５０ｍｍ／ｈ以下で行うことが好ましい。

また、シンチレータ結晶体の第一の結晶相１１の直径や第一の結晶相の最近接距離の周期の平均値は、凝固速度に依存し、特に最近接距離の周期に関しては次式の相関があるとされる。周期をλとし、凝固速度をｖとすれば、λ^２・ｖ＝一定である。したがって、所望の周期を設定すれば、必然的に凝固速度が制限される関係である。しかしながら、上記のように製法上の制限として固液界面を平坦かつ平滑に制御できる凝固速度を考慮し、周期λの平均値の範囲は３８０ｎｍ以上５０μｍ以下の範囲となる。また、それに対応して、第一の結晶相の直径は３００ｎｍ以上３０μｍ以下の範囲となる。ここで、第一の結晶相の直径とは円形ではない場合も含まれ、例えば、不定形であればその最短直径が上記範囲に含まれるということである。また、多数の第一の結晶相の最長直径と最短直径との比から算出される平均比が１０以下であることが好ましい。平均比が１０よりも大きい場合では、ラメラ構造とするのが適切である。しかし、複数の第一の結晶相のうちのいくつかの比が１０よりも大きい値であるとしても平均比が１０以下であれば許容範囲である。また、製造条件上、２相の材料系の組成比がモル換算で１：１に近いほどラメラ構造を形成しやすいため、ラメラ構造を構成しないような製造条件や添加材料を選択することが好ましい。

次に、試料の原材料の仕込み組成について述べる。上述のように、本実施形態のシンチレータ結晶体におけるペロブスカイト型酸化物材料とアルミナの組成比は４６：５４（ｍｏｌ％）±５ｍｏｌ％である。しかしながら、仕込み組成に関してはこの範囲を逸脱しても構わない。つまり、試料全体を熔融した状態から一方向凝固させると、育成初期に共晶組成から逸脱している物質が先に析出することになり、その結果、残留する融液が共晶組成となるからである。そのため、育成初期に共晶組成から逸脱した物質を成長させ、融液が共晶組成になってから再度成長させることも好ましい。シンチレータ結晶体の製造後に不要部分は切り離せばよい。
尚、シンチレータ結晶体の組成は、例えば、１００μｍ×１００μｍの範囲をＳＥＭで組成分析することにより測定することができる。よって仕込み組成が上述の範囲を逸脱していても、シンチレータ結晶体自体の組成が上述の範囲にあれば所望のＬＹ値や残光レベルが得られる。

［シンチレータ結晶体の利用］
本実施形態の相分離構造を有するシンチレータ結晶体は、光検出器と組み合わせることで医療用・産業用・高エネルギー物理用・宇宙用の放射線検出器として用いることが可能である。特に、本実施形態のシンチレータ結晶体は隔壁を設けずとも光の導波機能を有しているために、光検出器に向けて特定の方向に光を導波する必要がある状況に適用することが好ましい。また、隔壁形成が必要なＸ線ＣＴ装置での使用や、Ｘ線フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）のＣｓＩ針状結晶の代替使用においても有効である。この場合、光検出器の受光感度特性に適合するように、シンチレータ結晶体の発光波長を、発光相への他材料の添加や発光中心物質の添加をすることで、調整することも可能である。

シンチレータ結晶体は、第１の面又は第２の面（つまり、複数の第一の結晶相が露出し、且つ、第一の結晶相の２つの配列方向と交差する面）が光検出器に対向するように配置される。このとき、第１面と第２の面とが対向する面であれば、複数の第一の結晶相が光検出器に対して概ね垂直に対向するように配置される。さらに、光検出器と本実施形態のシンチレータ結晶体との間には、保護層や反射防止のような機能を有した膜や層が配置され、これを介して接合または配置することが好ましい。

（実施形態２）
本実施形態では、第一の結晶相が、ＧｄとＥｕを共に含有するペロブスカイト型酸化物材料を有するシンチレータ結晶体について説明をする。

本実施形態は、第一の結晶相のＧｄサイトの一部がＴｂではなく、Ｅｕで置換されている点が実施形態１と異なるが、その他の点は実施形態１と共通であるため、実施形態１と異なる点について説明をする。

また、本実施形態の第一の結晶相は、ＧｄとＥｕを共に含有するペロブスカイト型酸化物材料である。また、第二の結晶相は、実施形態１と同様にアルミナである。加えて、シンチレータ結晶体の総物質量（第一の結晶相と第二の結晶相の物質量の総量）に含まれるＧｄ、Ａｌ及びＥｕの元素比率をそれぞれｄ、ｅ、ｆとすると、その値が（ｄ、ｅ、ｆ）＝（０．１８９、０．７９５、０．０１６）、（０．２３５、０．７４５、０．０２０）、（０．２５０、０．７４５、０．００５）、（０．２０１、０．７９５、０．００４）を頂点とする三元組成図で囲まれる範囲にある。この組成範囲は、図２（ｂ）に示される三元組成図で、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を頂点とする斜線領域の範囲で表わされる。

更に、元素比率が（ｄ、ｅ、ｆ）＝（０．１８９、０．７９５、０．０１６）、（０．１９５、０．７９５、０．０１０）、（０．２３５、０．７４５、０．０２０）、（０．２４２、０．７４５、０．０１３）を頂点とする三元組成図で囲まれる範囲にあると、ＬＹ値が大きく、且つ、残像の原因となる残光レベルが小さくなることが分かった。この組成範囲は、図２（ｂ）に示される三元組成図で、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ８、Ｂ９を頂点とする範囲で表わされる。

この範囲は、Ｇｄを含むペロブスカイト型酸化物材料とアルミナとの共晶相分離構造を有するシンチレータ結晶体にＥｕを添加すると、Ｅｕが選択的にペロブスカイト型酸化物材料の相に取り込まれるという新たな知見に基づいて見出した範囲である。つまり、上記組成範囲において、第一の結晶相は、ペロブスカイト型酸化物材料であるＧｄＡｌＯ_３のＧｄサイトがＥｕで置換されたペロブスカイト型酸化物材料を構成する。この時、置換したＥｕ^３＋が発光中心として機能し、放射線の照射によってｆ−ｆ遷移による発光を示す。特に本実施形態では、上記組成範囲において、放射線照射による発光量であるＬｉｇｈｔＹｉｅｌｄ値が大きく、残像の原因となる残光レベルが小さくなる最適な範囲となることを見出した。

Ｂ１〜Ｂ４を頂点とする組成範囲におけるＬＹ値の最大値は約４３，０００であり、上記組成範囲では、最大ＬＹ値のおよそ９０％のＬＹ値となる３８，５００以上が得られると考えられる。一方、残光については、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ８、Ｂ９を頂点とする組成範囲において、２００ミリ秒後の残光レベルが０．５％以下になると考えられる。この組成範囲で上記ＬＹ値と残光レベルが得られると考えられる理由については実施例２で詳細に説明をする。

尚、Ｃｅ^３＋が、第一の結晶相に対して０．００１ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％以下添加されると、結晶の着色による発光量の低下を低減できたり、残光レベルをより低くすることができたりするため好ましいことは、実施形態１と同様である。

さらには、第一の結晶相はペロブスカイト型酸化物材料を構成するのであれば、Ｇｄの一部が他の希土類元素で置換されていてもよく、第二の結晶相に希土類元素が添加されていてもよいことも、実施形態１と同様である。

本実施例では、実施形態１のより具体的な例について説明する。

本実施例では、図２（ａ）の点線１上の組成について検討した結果を示す。点線１は、ペロブスカイト型酸化物材料とアルミナの組成比が４６：５４（ｍｏｌ％）である組成を表わしている。即ち、点線上のシンチレータ結晶体の組成は０＜ｘ＜１として一般式［Ｇｄ_１−ｘＴｂ_ｘＡｌＯ_３］_０．４６［Ａｌ_２Ｏ_３］_０．５４として表わすことができる。特にＧｄ、Ａｌ及びＴｂの元素比率に着目し、それぞれの元素比率をａ、ｂ、ｃ（ａ＋ｂ＋ｃ＝１）とすると、上述の通り、Ｔｂは選択的にＧｄのサイトを置換するため、ＧｄとＴｂの総和は一定となる。ペロブスカイト型酸化物材料：アルミナの組成比＝４６：５４（ｍｏｌ％）の場合、ＧｄとＴｂの総和がａ＋ｃ＝０．２３であるのに対して、Ａｌはｂ＝０．７７となる。よってそれぞれの比率は（Ｇｄ、Ａｌ、Ｔｂ）＝（０．２３０−ｃ、０．７７０、ｃ）と表わすことができる。

そこでまず、（ａ、ｂ、ｃ）＝（０．２２９、０．７７０、０．００１）、（０．２２７、０．７７０、０．００３）、（０．２２５、０．７７０、０．００５）、（０．２２０、０．７７０、０．０１０）、（０．２１８、０．７７０、０．０１２）、（０．２１２、０．７７０、０．０１８）、（０．２０３、０．７７０、０．０２７）、（０．１９６、０．７７０、０．０３４）、（０．１８４、０．７７０、０．０４６）となるようにＧｄ_２Ｏ_３とＡｌ_２Ｏ_３とＴｂ_４Ｏ_７の粉末を評量し、十分に混合した。この粉末をＩｒるつぼに入れて、誘導加熱によりるつぼを１７００℃まで加熱して試料全体が溶解した後３０分保持してから、３６ｍｍ／ｈの速度で試料を育成した。このようにして作製したシンチレータ結晶体を１ｍｍ厚に切り出し、（ａ、ｂ、ｃ）＝（０．２１８、０．７７０、０．０１２）となる試料の凝固方向に垂直な面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、光学顕微鏡、及びＸ線励起による発光スペクトルの評価を行った。

図３（ａ）にＳＥＭによる成長方向断面の構造観察結果を示す。ＳＥＭによる組成分析よると、ＧｄとＴｂを共に含有するペロブスカイト型酸化物材料が柱状晶の相（第一の相）を構成しており、この柱状晶が複数、Ａｌ_２Ｏ_３のマトリックス相（第二の相）に埋め込まれた構造となっていた。シリンダーの構造周期の平均値は約１．１５μｍであり、直径の平均値は約８３０ｎｍであった。第一の結晶相の材料（ＧｄとＴｂを共に含有するペロブスカイト型酸化物材料）の屈折率ｎが２．０５、第二の結晶相の材料（Ａｌ_２Ｏ_３）の屈折率ｎが１．７５である。

図４（ａ）に凝固方向に垂直な面の光学顕微鏡の透過像を示す。光は屈折率の高いシリンダー相を導光する為、光ファイバーのような導光特性を示し、シリンダー側が明るいスポットとして観察され、光伝播の異方性を確認することができた。

図５（ａ）にＸ線励起による発光スペクトルを示す。シリンダーを形成する第一の結晶相において、発光中心として機能するＴｂ^３＋からのｆ−ｆ遷移による鋭い緑色発光ピークを示し、シンチレータとして機能することが確認できた。一方、第二の結晶相であるＡｌ_２Ｏ_３からの発光は観察されなかった。第一の結晶相で発生した光のうち、全反射の臨界角を満たすように放出された光はシリンダー内を導波する。一方、シリンダー中を全反射せずにマトリックス側に漏れた光は、屈折を受けながら結晶中を広がる光となる。

図６（ａ）にＴｂ比率ｃとＬｉｇｈｔＹｉｅｌｄ（ＬＹ）値との関係を示す。ＬＹとは１ＭｅＶの放射線１フォトンがシンチレータに入射した際に発生する光のフォトン数（ｐｈｏｔｏｎｓ／ＭｅＶ）で表わされる発光量の絶対値を表す値である。ＬＹはセシウム１３７からの６６２ｋｅＶのガンマ線を用いて生成された全光量を光電子増倍管で検出することで測定した。上記９つの試料のうち、Ｔｂの元素比率がｃ＝０．０１８、あるいはｃ＝０．０２７である場合に、発光量が最大となり、そのＬＹ値は約５４，０００であった。最大ＬＹ値のおよそ９０％であるＬＹ＝４８，０００以上となる組成範囲をシンチレータの好ましい組成とすると、ｃ＝０．０１２〜０．０３４の範囲が好ましい範囲である。

加えて、シンチレータは残光が小さいことが好ましい。図７（ａ）にＴｂの元素比率ｃと２００ミリ秒後の残光レベルの値との関係を示す。Ｔｂの元素比率が増加すると残光は減少し、Ｔｂの元素比率がｃ＝０．０１８以上になると、残光レベルが０．５％以下となった。

以上より、ａ＋ｃ＝０．２３、ｂ＝０．７７の場合、０．０１２≦ｃ≦０．０３４であれば、ＬＹ値が約４８，０００以上得られることが分かった。この時のＧｄ、Ａｌ及びＴｂの元素比率（ａ、ｂ、ｃ）は、図２（ａ）に示すＡ８：（０．２１８、０．７７０、０．０１２）からＡ６：（０．１９６、０．７７０、０．０３４）の組成となる。更に、０．０１８≦ｃ≦０．０３４であれば、ＬＹ値が約４８，０００以上、かつ残光レベルが０．５％以下となり、高発光量と低残光を共に満たすため好ましい。この時のＧｄ、Ａｌ及びＴｂの元素比率（ａ、ｂ、ｃ）は、図２（ａ）に示すＡ５：（０．２１２、０．７７０、０．０１８）からＡ６：（０．１９６、０．７７０、０．０３４）の組成となる。

以上のように、第一の結晶相としてＧｄとＴｂを共に含有するペロブスカイト型酸化物材料を用い、第二の結晶相としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いた、高発光量と低残光を共に満たす相分離シンチレータ結晶体を得られたことが確認できた。

上述のように、ペロブスカイト型酸化物材料とアルミナとの組成比は、４６：５４の±５ｍｏｌ％の範囲内にあればよい。ペロブスカイト型酸化物材料とアルミナとの組成比がこの範囲内であり、ペロブスカイト型酸化物材料とＴｂとの比率が、（０．２３−０．０１２）：０．０１２〜（０．２３−０．０３４）：０．０３４であれば、Ａ６〜Ａ８の組成の試料と同等のＬＹ値が得られると考えられる。更に、ペロブスカイト型酸化物材料とＴｂとの比率が、（０．２３−０．０１８）：０．０１８〜（０．２３−０．０３４）：０．０３４であれば、Ａ５〜Ａ６の組成の試料と同等のＬＹ値と残光レベルが得られると考えられる。

ペロブスカイト型酸化物材料とアルミナとの組成比が４１：５９（ｍｏｌ％）の場合、ＧｄとＴｂの総和がａ＋ｃ＝０．２０５であるのに対して、Ａｌはｂ＝０．７９５となる。よってそれぞれの比率は（Ｇｄ、Ａｌ、Ｔｂ）＝（０．２０５−ｃ、０．７９５、ｃ）と表わすことができる。ａ＋ｃ＝０．２０５で、ａ：ｃ＝（０．２３−０．０１２）：０．０１２のとき、ａ＝０．１９４、ｃ＝０．０１１である。また、ａ＋ｃ＝０．２０５で、ａ：ｃ＝（０．２３−０．０３４）：０．０３４のとき、ａ＝０．１７４、ｃ＝０．０３１である。この時のＧｄ、Ａｌ及びＴｂの元素比率（ａ、ｂ、ｃ）は、図２（ａ）に示すＡ１：（０．１７４、０．７９５、０．０３１）からＡ４：（０．１９４、０．７９５、０．０１１）の組成となり、この範囲で、Ａ６〜Ａ８と同等のＬＹ値が得られると考えられる。また、ａ：ｃ＝（０．２３−０．０１８）：０．０１８のとき、ａ＝０．１８９、ｃ＝０．０１６であり、Ａ１：（０．１７４、０．７９５、０．０３１）からＡ７：（０．１８９、０．７９５、０．０１６）の組成範囲で、Ａ６〜Ａ５と同等のＬＹ値と残光レベルが得られると考えられる。

ペロブスカイト型酸化物材料とアルミナとの組成比が５１：４９（ｍｏｌ％）の場合、ＧｄとＴｂの総和がａ＋ｃ＝０．２５５であるのに対して、Ａｌはｂ＝０．７４５となる。ａ＋ｃ＝０．２５５で、ａ：ｃ＝（０．２３−０．０１２）：０．０１２のとき、ａ＝０．２４２、ｃ＝０．０１３である。また、ａ＋ｃ＝０．２５５で、ａ：ｃ＝（０．２３−０．０３４）：０．０３４のとき、ａ＝０．２１７、ｃ＝０．０３８である。この時のＧｄ、Ａｌ及びＴｂの元素比率（ａ、ｂ、ｃ）は、図２（ａ）に示すＡ１１：（０．２１７、０．７４５、０．０３８）からＡ９：（０．２４２、０．７５６、０．０１３）の組成となり、この範囲で、Ａ６〜Ａ８と同等のＬＹ値が得られると考えられる。また、ａ：ｃ＝（０．２３−０．０１８）：０．０１８のとき、ａ＝０．２３５、ｃ＝０．０２０であり、Ａ１１：（０．２１７、０．７４５、０．０３８）からＡ１０：（０．２３５、０．７４５、０．０２０）の組成範囲で、Ａ６〜Ａ８と同等のＬＹ値と残光レベルが得られると考えられる。

以上のことから、Ｇｄ、Ａｌ及びＴｂの元素比率が上記Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の４つの頂点で囲まれる範囲内にあれば、Ａ６〜Ａ８と同等のＬＹ値が得られると考えられる。また、Ｇｄ、Ａｌ及びＴｂの元素比率が上記Ａ１、Ａ２、Ａ５、Ａ７の４つの頂点で囲まれる範囲内にあれば、Ａ６〜Ａ５と同等のＬＹ値と残光レベルが得られると考えられるため、より好ましい。

尚、三元組成図において囲まれる範囲内とは、境界線上のことを含むものとし、例えば、Ａ５はＡ１〜Ａ４を頂点として囲まれる範囲内にあるものとする。

本実施例では、実施形態１のより具体的な例について説明をする。本実施例は、第一の結晶相にＴｂだけでなく、Ｃｅを添加する点が実施例１と異なる。

まず、Ｇｄ、Ａｌ及びＴｂの元素比率（ａ、ｂ、ｃ）＝（０．２１８、０．７７０、０．０１２）の組成に対して、Ｃｅ^３＋の濃度が第一の結晶相に対して０．０１ｍｏｌ％、あるいは０．２ｍｏｌ％となるように、Ｇｄ_２Ｏ_３とＡｌ_２Ｏ_３とＴｂ_４Ｏ_７とＣｅＯ_２の粉末をそれぞれ評量し、十分に混合した。また、比較の為Ｃｅ^３＋を添加していない原料も準備した。この粉末をＩｒるつぼに入れて、誘導加熱によりるつぼを１７００℃まで加熱して試料全体が溶解した後３０分保持してから、３６ｍｍ／ｈの速度で試料を育成した。このようにして作製したシンチレータ結晶体を１ｍｍ厚に切り出し、Ｘ線励起による発光評価を行った。

図８に作製した試料の残光を示す。Ｃｅ^３＋未添加試料の２００ミリ秒後の残光は、０．４５％であった。一方、Ｃｅ^３＋の添加により残光は低減され、２００ミリ秒後の残光は、Ｃｅ^３＋の濃度が第一の結晶相に対して０．０１ｍｏｌ％添加、及び０．２ｍｏｌ％添加した試料では０．３％となった。このように、発光中心の第二元素としてＣｅ^３＋を微量共添加することで残光を低減することが可能である。このような残光が低減される効果は、Ｃｅ^３＋の添加量が０．００１ｍｏｌ％から１．０ｍｏｌ％の範囲で添加された場合に得られた。

また、Ｃｅ^３＋を微量添加した試料では、結晶の着色がない試料を作製でき、シンチレータ結晶内で発光した光の再吸収による発光量の低減を防ぐことができた。以上より、Ｃｅ^３＋を添加することは、残光を低減するだけでなく、結晶の着色による発光量の低下を防ぐことにも寄与する。

以上から、第一の結晶相としてＣｅ^３＋が添加されたＧｄとＴｂを共に含有するペロブスカイト型酸化物材料を用い、第二の結晶相としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いた相分離シンチレータ結晶体が、発光強度が大きく、残光レベルが小さいことが確認できた。

本実施例では、実施形態２のより具体的な例について説明をする。

本実施例では、図２（ｂ）の点線２上の組成について検討した結果を示す。点線２は、ペロブスカイト型酸化物材料とアルミナの組成比が４６：５４（ｍｏｌ％）である組成を表わしている。即ち、点線上のシンチレータ結晶体の組成は０＜ｙ＜１として一般式［Ｇｄ_１−ｙＥｕ_ｙＡｌＯ_３］_０．４６［Ａｌ_２Ｏ_３］_０．５４として表わすことができる。特にＧｄ、Ａｌ及びＥｕの元素比率に着目し、それぞれの元素比率をｄ、ｅ、ｆ（ｄ＋ｅ＋ｆ＝１）とすると、上述の通り、Ｅｕは選択的にＧｄのサイトを置換するため、ＧｄとＥｕの総和は一定となる。ペロブスカイト型酸化物材料：アルミナの組成比＝４６：５４（ｍｏｌ％）の場合、ＧｄとＴｂの総和がｄ＋ｆ＝０．２３であるのに対して、Ａｌはｅ＝０．７７となる。よってそれぞれの比率は（Ｇｄ、Ａｌ、Ｅｕ）＝（０．２３０−ｆ、０．７７０、ｆ）と表わすことができる。

そこでまず、（ｄ＋ｅ＋ｆ）＝（０．２２８、０．７７０、０．００２）、（０．２２７、０．７７０、０．００４）、（０．２２５、０．７７０、０．００５）、（０．２２３、０．７７０、０．００７）、（０．２２１、０．７７０、０．００９）、（０．２１９、０．７７０、０．０１１）、（０．２１４、０．７７０、０．０１６）、（０．２０７、０．７７０、０．０２３）、（０．１８４、０．７７０、０．０４６）、となるようにＧｄ_２Ｏ_３とＡｌ_２Ｏ_３とＥｕ_２Ｏ_３の粉末を評量し、十分に混合した。この粉末をＩｒるつぼに入れて、誘導加熱によりるつぼを１７００℃まで加熱して試料全体が溶解した後３０分保持してから、３６ｍｍ／ｈの速度で試料を育成した。このようにして作製したシンチレータ結晶体を１ｍｍ厚に切り出し、（ｄ、ｅ、ｆ）＝（０．２１４、０．７７０、０．０１６）となる試料の凝固方向に垂直な面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、光学顕微鏡、及びＸ線励起による発光スペクトルの評価を行った。

図３（ｂ）にＳＥＭによる成長方向断面の構造観察結果を示す。ＳＥＭによる組成分析よると、ＧｄとＥｕを共に含有するペロブスカイト型酸化物材料が柱状晶の相（第一の相）を構成しており、この柱状晶が複数、Ａｌ_２Ｏ_３のマトリックス相（第二の相）に埋め込まれた構造となっていた。シリンダーの構造周期の平均値は約１．１６μｍであり、直径の平均値は約８３５ｎｍであった。第一の結晶相の材料（ＧｄとＥｕを共に含有するペロブスカイト型酸化物材料）の屈折率ｎが２．０５、第二の結晶相の材料（Ａｌ_２Ｏ_３）の屈折率ｎが１．７５である。

図４（ｂ）に凝固方向に垂直な面の光学顕微鏡の透過像を示す。光は屈折率の高いシリンダー相を導光する為、光ファイバーのような導光特性を示し、シリンダー側が明るいスポットとして観察され、光伝播の異方性を確認することができた。

図５（ｂ）にＸ線励起による発光スペクトルを示す。シリンダーを形成する第一の結晶相において、発光中心として機能するＥｕ^３＋からのｆ−ｆ遷移による鋭い赤色発光ピークを示し、シンチレータとして機能することが確認できた。一方、第二の結晶相であるＡｌ_２Ｏ_３からの発光は観察されなかった。第一の結晶相で発生した光のうち、全反射の臨界角を満たすように放出された光はシリンダー内を導波する。一方、シリンダー中を全反射せずにマトリックス側に漏れた光は、屈折を受けながら結晶中を広がる光となる。

図６（ｂ）にＥｕ比率ｆとＬｉｇｈｔＹｉｅｌｄ値との関係を示す。Ｅｕの元素比率がｆ＝０．００５〜０．０１２の範囲である場合に、発光量が最大となり、そのＬＹ値は約４３，０００であった。ここで、最大ＬＹ値のおよそ９０％のＬＹ値となるＬＹ＝３８，５００以上となる組成範囲をシンチレータとして機能する好ましい組成とすると、ｆ＝０．００４〜０．０１８の範囲が好ましい範囲である。

加えて、シンチレータは残光が小さいことが好ましい。図７（ｂ）にＥｕの元素比率ｆと２００ミリ秒後の残光レベルの値との関係を示す。Ｅｕの元素比率が増加すると残光は減少し、Ｅｕの元素比率がｃ＝０．０１１以上になると、残光レベルが０．５％以下となった。

以上より、ｄ＋ｆ＝０．２３、ｅ＝０．７７の場合、０．００４≦ｆ≦０．０１８であれば、ＬＹ値が約３８，５００以上となることが分かった。この時のＧｄ、Ａｌ及びＥｕの元素比率（ｄ、ｅ、ｆ）は、図２（ｂ）に示すＢ５：（０．２２６、０．７７０、０．００４）〜Ｂ６：（０．２１２、０．７７０、０．０１８）の組成となる。更に、０．０１１≦ｆ≦０．０１８であれば、ＬＹ値が約３８，５００以上、かつ残光レベルが０．５％以下となり、高発光量と低残光を共に満たすため好ましい。この時のＧｄ、Ａｌ及びＥｕの元素比率（ｄ、ｅ、ｆ）は、図２（ｂ）に示すＢ７：（０．２１９、０．７７０、０．０１１）〜Ｂ６：（０．２１２、０．７７０、０．０１８）の組成となる。

以上のように、第一の結晶相としてＧｄとＥｕを共に含有するペロブスカイト型酸化物材料を用い、第二の結晶相としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いた、本実施形態の高発光量と低残光を共に満たす相分離シンチレータ結晶体が得られたことが確認できた。

上述のように、ペロブスカイト型酸化物材料とアルミナとの組成比は、４６：５４の±５ｍｏｌ％の範囲内にあればよい。ペロブスカイト型酸化物材料とアルミナとの組成比がこの範囲内であり、ペロブスカイト型酸化物材料とＥｕとの比率が、（０．２３−０．００４）：０．００４〜（０．２３−０．０１６）：０．０１６であれば、Ｂ７〜Ｂ８の組成の試料と同等のＬＹ値が得られると考えられる。更に、ペロブスカイト型酸化物材料とＥｕとの比率が、０．２３−０．０１１：０．０１１〜０．２３−０．０１６４：０．０１６であれば、Ｂ５〜Ｂ６の組成の試料と同等のＬＹ値と残光レベルが得られると考えられる。

ペロブスカイト型酸化物材料とアルミナとの組成比が４１：５９（ｍｏｌ％）の場合、（Ｇｄ、Ａｌ、Ｅｕ）＝（０．２０５−ｆ、０．７９５、ｆ）と表わすことができる。ｄ＋ｆ＝０．２０５なので、ｄ：ｆ＝（０．２３−０．００４）：０．００４のとき、ｄ＝０．２０１、ｃ＝０．００４である。また、ｄ：ｆ＝（０．２３−０．０１６）：０．０１６のとき、ｄ＝０．１８９、ｆ＝０．０１６である。この時のＧｄ、Ａｌ及びＥｕの元素比率（ｄ、ｅ、ｆ）は、図２（ｂ）に示すＢ１：（０．１８９、０．７９５、０．０１６）からＢ４：（０．２０１、０．７９５、０．００４）の組成となり、この範囲で、Ｂ６〜Ｂ７と同等のＬＹ値が得られると考えられる。また、ｄ：ｆ＝（０．２３−０．０１１）：０．０１１のとき、ｄ＝０．１９５、ｆ＝０．０１０であり、Ｂ１：（０．１８９、０．７９５、０．０１６）からＢ８：（０．１９５、０．７９５、０．０１０）の組成範囲で、Ｂ６〜Ｂ７と同等のＬＹ値と残光レベルが得られると考えられる。

ペロブスカイト型酸化物材料とアルミナとの組成比が５１：４９（ｍｏｌ％）の場合、ＧｄとＥｕの総和がｄ＋ｆ＝０．２５５であるのに対して、Ａｌはｅ＝０．７４５となる。ｄ＋ｆ＝０．２５５で、ｄ：ｆ＝（０．２３−０．００４）：０．００４のとき、ｄ＝０．２５０、ｆ＝０．００５である。また、ｄ：ｆ＝（０．２３−０．０１６）：０．０１６のとき、ｄ＝０．２３５、ｆ＝０．０２０である。この時のＧｄ、Ａｌ及びＥｕの元素比率（ｄ、ｅ、ｆ）は、図２（ｂ）に示すＢ２：（０．２３５、０．７４５、０．０２０）からＢ３：（０．２５０、０．７４５、０．００５）の組成となり、この範囲で、Ｂ６〜Ｂ５と同等のＬＹ値が得られると考えられる。また、ｄ：ｆ＝（０．２３−０．０１１）：０．０１１のとき、ｄ＝０．２４２、ｆ＝０．０１３であり、Ｂ２：（０．２３５、０．７４５、０．０２０）からＢ９：（０．２４２、０．７４５、０．０１３）の組成範囲で、Ｂ６〜Ｂ５と同等のＬＹ値と残光レベルが得られると考えられる。

以上のことから、Ｇｄ、Ａｌ及びＥｕの元素比率が上記Ｂ１、Ｂ２，Ｂ３、Ｂ４の４つの頂点で囲まれる範囲内にあれば、Ｂ６〜Ｂ８と同等のＬＹ値が得られると考えられる。また、Ｇｄ、Ａｌ及びＥｕの元素比率が上記Ｂ１，Ｂ２，Ｂ８，Ｂ９の４つの頂点で囲まれる範囲内にあれば、Ｂ６〜Ｂ５と同等のＬＹ値と残光レベルが得られると考えられるため、より好ましい。

本実施例は、実施例１で作製したシンチレータ結晶体を用いた放射線検出器とその検出器の撮像結果について説明をする。

図９に、本実施形態の放射線検出器９０の断面模式図を示す。本実施形態の実施例１で製造したシンチレータ結晶体をそれぞれ厚さを１ｍｍに切り出して研磨し、試料とした。このシンチレータ結晶体１９を、基板９３上にアレイ状に配列した画素９２を複数有する光検出器９１上に、柱状晶が概ね垂直に対向されるように設置し、放射線検出器９０を構成した。シンチレータ結晶体１９は、互いに同一面上に位置しない第一の面１７と第二の面１８とを有する。シンチレータ結晶体１９は、光検出器の画素９２に第一の面１７が対向するように配置し、放射線検出器９０とした。

Ｘ線源としてタングステン管球を用い、６０ｋＶ、１ｍＡ、Ａｌフィルター無しの条件で得られるＸ線を用い、５０μｍ厚の鉛の１０（ラインペア／ｍｍ）のラインテストパターンの撮像を行った。Ｘ線は、上記シンチレータ結晶体１９の複数の第一の相の略中心軸に平行に照射した。光検出器として、画素ピッチが５．２μｍのＣＭＯＳセンサを用いて計測を行った。図１０に撮像結果を示す。１０（ラインペア／ｍｍ）のパターンを明瞭に解像できており、そのＣｏｎｔｒａｓｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＣＴＦ）値を、ライン撮像領域の明部（Ｉ_ｍａｘ）と暗部（Ｉ_ｍｉｎ）としてＣＴＦ＝（Ｉ_ｍａｘ−Ｉ_ｍｉｎ）／（Ｉ_ｍａｘ＋Ｉ_ｍｉｎ）として定義した場合、ＣＴＦ＝０．５９と高いコントラストを得ることができた。

比較の為、放射線検出器用シンチレータとして広く用いられているＣｓＩの針状結晶について同様の評価を行ったところ、１５０μｍ厚であっても、１０（ラインペア／ｍｍ）のＣＴＦ値は０．２３であった。よって、本実施例のシンチレータの方がＣＴＦ値が高いことが確認できた。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１１ 第一の結晶相
１２ 第二の結晶相
１３ 第一の結晶相の直径
１４ 第一の結晶相の最近接距離
１５ シンチレータ結晶体の厚さ
９０ 放射線検出器
９１ 光検出器
９２ 画素
９３ 基板

Claims (9)

1. 複数の第一の結晶相と、前記第一の結晶相のそれぞれの側面を覆う第二の結晶相とを有するシンチレータ結晶体であって、
   前記複数の第一の結晶相のそれぞれは、Ｇｄ _１−ｘ Ｔｂ _ｘ ＡｌＯ _３ （０＜ｘ＜１）からなるペロブスカイト型酸化物材料であり、かつ、放射線による励起で発光する柱状晶であり、
   前記第二の結晶相はアルミナからなり、
   前記シンチレータ結晶体の総物質量に含まれるＧｄ、Ａｌ及びＴｂの元素比率をそれぞれａ、ｂ、ｃとすると、三元組成図において前記元素比率は（ａ、ｂ、ｃ）＝（０．１７４、０．７９５、０．０３１）、（０．２０７、０．７５６、０．０３７）、（０．２１３、０．７７５、０．０１２）、（０．１９４、０．７９５、０．０１１）を頂点として囲まれる範囲にあることを特徴とするシンチレータ結晶体。
2. 複数の第一の結晶相と、前記第一の結晶相のそれぞれの側面を覆う第二の結晶相とを有するシンチレータ結晶体であって、
   前記複数の第一の結晶相のそれぞれは、Ｇｄ _１−ｙ Ｅｕ _ｙ ＡｌＯ _３ （０＜ｙ＜１）からなるペロブスカイト型酸化物材料であり、かつ、放射線による励起で発光する柱状晶であり、
   前記第二の結晶相はアルミナからなり、
   前記シンチレータ結晶体の総物質量に含まれるＧｄ、Ａｌ及びＥｕの元素比率をそれぞれｄ、ｅ、ｆとすると、三元組成図において前記元素比率は（ｄ、ｅ、ｆ）＝（０．１８９、０．７９５、０．０１６）、（０．２３５、０．７４５、０．０２０）、（０．２５０、０．７４５、０．００５）、（０．２０１、０．７９５、０．００４）を頂点として囲まれる範囲にあることを特徴とするシンチレータ結晶体。
3. 前記複数の第一の結晶相のそれぞれにＣｅ^３＋が添加されていることを特徴とする請求項１に記載のシンチレータ結晶体。
4. 前記複数の第一の結晶相のそれぞれにおいて、
   前記Ｃｅ^３＋の濃度が、前記柱状晶に対して０．００１ｍｏｌ％以上、１．０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする請求項３に記載のシンチレータ結晶体。
5. 前記第一の結晶相と前記第二の結晶相の共晶体であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のシンチレータ結晶体。
6. 前記複数の柱状晶の直径の平均値が、３００ｎｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のシンチレータ結晶体。
7. 前記複数の第一の結晶相は、
   前記シンチレータ結晶体の第１の面と、前記第１の面と異なる第２の面と、に露出していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のシンチレータ結晶体。
8. 前記第２の面は前記第１の面と対向する面であることを特徴とする請求項７に記載のシンチレータ結晶体。
9. 光検出器と、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシンチレータ結晶体とを備えた放射線検出器であって、
   前記シンチレータ結晶体は、前記複数の第一の結晶相が露出し、且つ、前記複数の第一の結晶相の２つの配列方向と交差する面が前記光検出器と対向するように配置されていることを特徴とする放射線検出器。